3.1细胞膜的结构和功能课件-(共68张PPT)2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一

(共68张PPT)
将细胞含有的各种物质配齐，并按照他们在细胞中的比例放在一支试管中，能构成一个生命系统吗？为什么？
组成细胞的分子必须有序地组织成细胞的结构，才能成为一个基本的生命系统。
思考
生命科学学院翟中和院士
获得 “蔡元培奖”。
“我确信哪怕是一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”
我国科学家完成人类历史上第一次人工合成胰岛素的创举，用了6年多的时间，但对于我们体内的一些胰岛细胞来说，合成和分泌胰岛素却是很平常的事！时至今日， 世界上临床应用的胰岛素， 仍是将胰岛素基因转入易于培养的细胞中，让细胞来生产的。
为什么靠人力很难完成的工作， 对细胞来说却轻而易举呢？ 细胞中是不是有一条条“ 生产线”呢？那么，细胞的基本结构是怎样的呢？细胞的各种结构又是怎样协调配合，共同完成生命活动的呢？我们又该怎样去研究细胞的结构才不会出现遗漏呢？
必修1 第3章 细胞的基本结构
第1节 细胞膜的结构和功能
【教学过程】
Teaching Process
1.概念图
3.教学总结、综合
2.课堂教
学内容
4.课堂练习巩固
典型习题
规律总结
细胞膜的功能
细胞膜的结构发现历程
国家的边界
边防线等
人体的边界
皮肤和黏膜
细胞作为一个基本的生命系统，它的边界是细胞膜
细胞的边界
细胞膜（质膜）
主要成分：纤维素和果胶
主要功能：支持和保护
植物细胞的细胞壁
细胞壁没有生物活性，它对要进出细胞的物质没有选择性（即有全透性：水分及溶解在水中的物质可自由通过），它并不能保证细胞内部系统的稳定，所以说细胞壁不能称之为植物细胞的边界。
电子显微镜下观察到的细胞膜
科学家用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。请你推测，科学家是怎样确定细胞膜的存在的？
问题:如果你是科学家将怎样确定细胞膜的存在？
资料一
用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞
资料二
1855年瑞典科学家奈利的实验：
1、色素分子进入受损伤的植物细胞的速度比进入完整细胞的速度要快得多；
2、在显微镜下用微细的探针刺向细胞时，能看到细胞表面出现褶皱，同时还感到阻力，一旦针刺破细胞进入到细胞内部，阻力就随之消失。
问题探讨
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
讨论：
1.为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
问题探讨
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。
用台盼蓝染液染色后的
死细胞和活细胞(放大200倍)
讨论：
2.据此推测，细胞膜作为系统的边界，应该具有什么功能？
细胞膜作为细胞的边界，具有控制物质进出的功能。
1.将细胞与外界环境分隔开
推测的原始海洋景观图
细胞膜保障了细胞__________的相对稳定。
内部环境
使细胞成为___________的系统。
相对独立
膜的出现是生命起源过程中至关重要的阶段
一.细胞膜的功能
2.控制物质进出细胞
抗体、激素等分泌物和废物
水、无机盐、氨基酸、葡萄糖等。
（1）控制作用是相对的
营养物质
对细胞有害的物质、病毒病菌
可进
可出
不可出
细胞内有用的成分
不易进
一.细胞膜的功能
科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除法”，例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝色，而活的动物细胞不着色。你能解释其中的原理吗？
①染色排除法
2.控制物质进出细胞
一.细胞膜的功能
（2）验证细胞膜具有控制物质进出的功能
活细胞的细胞膜具有选择透过性，染料台盼蓝是细胞不需要的物质，不易通过细胞膜，因此活细胞不被染色。死细胞的细胞膜失去控制物质进出细胞的功能，台盼蓝能通过细胞膜进入细胞，死细胞能被染成蓝色。
②用热水和冷水浸泡苋菜，观察水的颜色变化
一.细胞膜的功能
（2）验证细胞膜具有控制物质进出的功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
例如：精子和卵细胞之间的识别与结合
（1）通过相邻两个细胞的细胞膜接触（直接接触）
例如：毒性T细胞与靶细胞接触
内分泌细胞的激素（如胰岛素），随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
（2）通过细胞分泌化学物质完成间接交流
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接
（3）相邻两个细胞之间形成通道
（交换物质，交流信息）
3.进行细胞间的信息交流
一.细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
（1）间接交流
（2）直接接触
（3）形成通道
方式：
受体
一.细胞膜的功能
1.科学方法——提出假说
二.细胞膜的组成成分和结构
细胞膜结构模型的探索过程，反映了提出假说这一科学方法的作用。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对已建立的假说进行修正和补充。一种假说最终被接受被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和试验结果相吻合。
发现脂质更容易通过细胞膜。
2.对细胞膜成分的探索
提出假说：膜是由脂质组成的
实验：
（1）1895年 欧文顿（E.Overton）
用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行了上万次实验。
二.细胞膜的组成成分和结构
提出假说
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（2）20世纪初，科学家对哺乳动物成熟红细胞膜进行了化学成分分析，发现组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，磷脂含量最多。
正常形态的红细胞
吸水后涨破的红细胞
哺乳动物成熟的红细胞在低渗溶液中吸水涨破，细胞内的物质流出来，就可以得到细胞膜。
为什么用哺乳动物成熟的红细胞能制备出纯净的细胞膜呢？
因为哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器。
①磷脂分子
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
磷脂分子结构图
磷脂分子模型
磷脂分子示意图
甘油
脂肪酸
非极性尾部
极性头部
(亲水)
(疏水)
磷酸
朗缪尔实验（1917 年）把溶有膜脂的挥发性溶剂倒在水面上，溶剂挥发掉，而脂类分子可在水面铺开成一层，并且测出脂分子极性一端被吸附在水分子上，而非极性的一端直立在水面上。
磷脂分子
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
②根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂在水-空气界面上的排布方式。
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
③根据磷脂分子的特点，推测并画出磷脂分子在水环境中的排布方式。
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
A
B
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
A
B
水环境
验证、完善
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
B.脂质体
A.微团
油
根据磷脂分子的特点，分析推测细胞膜中磷脂分子的排布情况。
根据磷脂分子的特点，分析推测细胞膜中磷脂分子的排布情况。
新的假说
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
B.脂质体
提出假说：细胞膜中的磷脂呈双层排布
S1
S2
S2＝2S1
实验验证
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（3）（1925年）戈特和格伦德尔用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气－水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积约为红细胞表面积的2倍
结论：细胞膜的脂质分子必然排列为连续的两层。
验证
“新的假说:细胞膜中的磷脂呈双层排布”是正确的
新的发现
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（4）科学家：（1935年）丹尼利和戴维森
实验内容：研究细胞膜的张力,
发现细胞膜的表面张力明显低于脂质-水界面的表面张力
其他实验证据：油脂表面吸附有蛋白质时，表面张力会减小
丹尼利和戴维森假说：
细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质
总结:
细胞通透性实验
膜由脂质组成
膜成分化学分析
推测：膜由脂质、蛋白质组成
红细胞膜脂质展层实验
膜张力实验
证明
欧文顿
戈特
格伦德尔
丹尼利
戴维森
膜中磷脂排列为连续的两层
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
成分 所占比例 在细胞膜构成中的作用
脂质 约50% 构成细胞膜的重要成分；
此外还有少量的胆固醇（动物）。
蛋白质 约40% 在细胞膜行使功能时起重要作用；
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
糖类 2~10% 糖类与蛋白质或脂质分子结合形成糖蛋白或糖脂，分布在细胞膜的外表面。
主要
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。蛋白质在细胞膜行使功能方面起重要作用，因此，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。
细胞膜上蛋白质的功能:
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
脂质和蛋白质等成分如何组成细胞膜？
脂 质：约占50%
蛋白质： 约占40%
糖 类：占2~10%
3.对生物膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
电子显微镜
（1）1959年，科学家罗伯特森在电镜下观察细胞膜有“暗-亮-暗”的三层结构,提出假说：所有细胞膜都是由“蛋白质--脂质--蛋白质”三层结构构成，认为细胞膜是静态的统一结构。
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
J.D.罗伯特森
①为什么看到细胞膜暗-亮-暗三层结构就能说明细胞膜是由蛋白质-脂质双分子层-蛋白质三层组成的呢？
暗带
蛋白质对电子阻挡作用大电子透过样品少
亮带
脂双层对电子阻挡作用小电子透过样品多
暗带
蛋白质对电子阻挡作用大电子透过样品少
二.细胞膜的组成成分和结构
能解释
溶于脂质的物质能够优先通过膜；
细胞膜是细胞的边界，可以控制物质进出细胞；
细胞膜中的磷脂分子呈双层排列。
不能解释
细胞的生长;
膜的变形能力等
②该模型可以解释细胞膜的哪些功能？不能解释哪些功能？
二.细胞膜的组成成分和结构
变形虫摄食纤毛虫
阅读以下资料，指出三明治模型的不足之处，并对细胞膜的结构进行合理推测。
资料1：电子显微镜下，细胞膜的厚度约为7~8nm，是单层磷脂厚度的两倍，加上两侧的蛋白质，膜的总厚度应当超过 20 nm。
资料2：人工合成的脂双层也呈现为“暗-亮-暗”结构。
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
资料3：科学家研究发现，有些膜蛋白的特定区域主要由疏水氨基酸组成，这些区域很可能与脂双层的疏水区域结合，造成这些部分会深深插入膜的内部。
冰冻蚀刻技术研究细胞膜结构
资料4：通过冰冻蚀刻实验结果，你可以得出什么结论？
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
磷脂双分子层构成了细胞膜的基本支架;
蛋白质分子有的镶在表面、有的部分或全部嵌入其中、有的贯穿于磷脂双分子层。
对三明治模型的修正
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
（2）1970年，荧光染料标记膜蛋白技术
人鼠细胞融合实验
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
结论:细胞膜中的蛋白质分子具有流动性
观察、认识细胞膜中的磷脂的运动
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
结论:细胞膜中的磷脂分子具有流动性
（3）1972年，辛格和尼科尔森提出流动镶嵌模型
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
流动镶嵌模型还在不断发展中……
补充资料：
科学家用去污剂处理细胞膜提取蛋白质时，发现总有些区域的蛋白质不能被提取出来，说明这些区域中的蛋白质与脂质成分的联系十分紧密。
3.对细胞膜结构的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
①_______________是膜的基本支架。
其内部是疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，因此具有屏障作用。
②蛋白质分子以不同方式镶嵌在磷脂双分子层中。
有的镶在磷脂分子层表面。有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层。
磷脂双分子层
③在细胞膜外表面，糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。
三.流动镶嵌模型的基本内容
结构特点：具有一定的流动性
三.流动镶嵌模型的基本内容
细胞膜具有流动性的意义：对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能非常重要。
主要表现：
a.磷脂分子可以侧向自由移动
b.蛋白质大多也能运动。
脂双层为基本骨架
细胞的物质运输、生长、分裂、运动等生命活动
磷脂
蛋白质
镶嵌、嵌入、贯穿
细胞膜
糖类（少）
组分
内部疏水，屏障
物质运输等
细胞表面
信息传递等
运动
运动
结构特点：流动性
1.将细胞与外界环境分隔开
结构
功能
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
小结
一、概念检测
1.基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。( )
(2)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有害的物质则不能进入。( )
(3)向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下个空洞。( )
×
×
×
练习与应用
(4)细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入细胞，而对细胞有害的物质则不能进入(　　)
(5)植物细胞之间的胞间连丝具有物质运输的作用(　　)
(6)细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的结构(　　)
×
√
×
2.细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是( )
A.细胞膜的脂质结构使溶于脂质的物质，容易通过细胞膜
B.由于磷脂双分子层内部是疏水的，因此水分子不能通过细胞膜
C.细胞膜的蛋白质分子有物质运输功能
D.细胞的生长现象不支持细胞膜的静态结构模型
B
练习与应用
二、拓展应用
1.在解释不容易理解的陌生事物时，人们常用类比的方法，将陌生的事物与熟悉的事物作比较。有人在解释细胞膜时，把它与窗纱进行类比：窗纱能把昆虫挡在外面，同时窗纱的小洞又能让空气进出。你认为这种类比有什么合理之处，有没有不妥当的地方
把细胞膜与窗纱进 类比,合 之处是说明细胞膜与窗纱一样可以允许一些物质出入,阻挡其他物质出入。这样的类 也有 妥之处。 如,窗纱是一种简单的刚性的结构,功能较单纯,细胞膜的结构和功能要复杂得多;细胞膜是活细胞的重要组成部分,活细胞的生命活动是一个主动的过程, 窗纱是没有生命的,它只能是被动地在起作用。
练习与应用
二、拓展应用
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
(1)为什么两类药物的包裹位置各不相同
由双层磷脂分子构成的脂质体,两层磷脂分 之间的部分是疏水的,脂溶性药物能被稳定地包裹在其中;脂质体的内部是水溶液的环境,能在 中结晶的药物可稳定地包裹其中。
练习与应用
二、拓展应用
2.右下图是由磷脂分子构成的脂质体，它可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞发挥作用。在脂质体中，能在水中结晶的药物被包在双分子层中，脂溶性的药物被包在两层磷脂分子之间。
(2)请推测：脂美质体到达细胞后，药物将如何进入细胞内发挥作用
由于脂质体是磷脂双分子层构成的,到达细胞后可能会与细胞的细胞膜发 融合,也可能会被细胞以胞吞的方式进入细胞,从而使药物在细胞内发挥作用。
练习与应用
利用废旧物品制作生物膜模型
课后实践：
发掘身边可利用的废旧物品，进行生物膜模型的构建吧！
思考：哪些材料能够更好地体现细胞膜的结构特点呢？
课后实践
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
根据磷脂分子的特点解释，为什么磷脂在空气一水界面上铺展成单分子层？科学家是如何推导出“脂质在细胞膜中必然排 列为连续的两层”这一结论的？
【答案】因为磷脂分子的“头部”亲水，尾部疏水，所以在水-空气的界面上磷脂分子是“头部”向下与水面接触，“尾部”则朝向空气的一面。科学家因测得从红细胞中提取的脂质，铺成单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍，才得出膜中的脂质必然排列为连续的两层这一结论。
思考与讨论2：
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
磷脂分子在水中能自发地形成双分子层，你如何解释这一现象？由此，你能否就细胞膜是由磷脂双分子层构成的原因作出分析？
【答案】由于磷脂分子有亲水的“头部”和疏水的“尾部”，在水溶液中，朝向水的是“头部”，“尾部”受水的排斥。当磷脂分子的内外两侧均是水环境时，磷脂分子的“尾部”相对排列在内侧，“头部”则分别朝向两侧水的环境，形成磷脂双分子层。细胞的内外环境都是水溶液，所以细胞膜磷脂分子的“头部”向着膜的内外两侧而“尾部”相对排在内侧，形成磷脂双分子层。
思考与讨论3：
2.对细胞膜成分的探索
二.细胞膜的组成成分和结构
如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂分子将会如何分布？
【答案】如果将磷脂分子置于水-苯的混合溶剂中，磷脂的“头部”将与水接触，“尾部”与苯接触，磷脂分子分布成单层。
思考与讨论4：